电子技术基础第五章直流稳压电源电路.ppt

1、几乎所有的电子电路工作时都需要直流电源提供能量.便携式低功率系统可以使用电池,但对于大功率电子设备,使用电池的费用太高,所以都采用直流电源供电.,第五章 直流稳压电源,电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。,整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。,滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。,稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的 稳定。,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,5.1 直流稳压电源的基本组成,5.1 整流电路,半波整流电路组成：电源变压器、整流二极管、负载,二极管导通，uL=u2,二极管截止, uL=0,

2、u2 0 时:,u20时:,可见，交流电变化一周，有半周二极管导通，而另外半周截止，负载RL上输出的电压波形为方向不随时间变化，大小随时间变化的脉动直流电。因为输入电压变化一周而负载上仅有半周输出，故称为半波整流,主要参数：,IL= UL /RL =0.45 u2 / RL,（2）输出电流平均值Io ：,（1）输出电压平均值UL：,（3）流过二极管的平均电流：,IF = IL,URM URm=,（4）二极管承受的最高反向电压：,整流二极管的选择：实际选择二极管时， IFMIF URM URm,全波整流电路,变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2,当u2正半周时， D1导通，D2截止。,当

3、u2负半周时， D2导通，D1截止。,电路组成：电源变压器次级、 两只整流二极管、负载,全波整流电压波形,IL= UL /RL =0.8 u2 / RL,主要参数：,（2）输出电流平均值IL ：,（1）输出电压平均值UL：,（3）流过二极管的平均电流：,ID = IL/2,（4）二极管承受的最高反向电压：,桥式全波整流电路,（1）组成：由四个二极管组成桥路,u2正半周时:,D1 、D3导通， D2、D4截止,（2）工作原理：,u2负半周时：,D2、D4 导通， D1 、D3截止,输出电压平均值：UL=0.8u2,输出电流平均值:IL= UL/RL =0.8 u2 / RL,流过二极管的平均电流

4、：ID=IL/2,（3）主要参数：,例：某电阻性负载，它需要一个直流电压为110V，直流电流为3A的供电电源，现采用桥式整流电路，试求变压器次级电压的有效值U2，并根据计算结果选择整流二极管型号。 解：由公式可知，变压器次级电压的有效值为 流过每一只整流二极管的平均电流为： 每一只整流二极管承受的最高反向电压为：,例：一个纯电阻负载单相桥式整流电路接好以后，通电进行实验，一接通电源，二极管马上冒烟了，试分析产生这种现象的原因。 分析：二极管冒烟说明流过二极端管电流太大。从电源变压器次级与二极管负载构成的回路看，出现大电流的主要原因有两方面： 1、首先看负载有没有短路。如果负载短路，变压器次级电

5、压U2经过二极管构成通路，二极管因过流烧坏。 2、如果负载确实没有短路，那就要看四臂桥路中整流管是否接反。,集成硅整流桥：,+-,5.2 滤波电路,滤波原理:,交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。,电容滤波,5.2 滤波电路,（1）空载（RL=）时：,uc=uL,u2 uC时： 二极管导通，C充电,u2 uC时： 二极管截止，C放电。 由于RL=，无放电回路，所

6、以uC保持。,（2）接入RL（且RLC较大）时,u2 uC时： 二极管导通，C充电,u2 uC时： 二极管截止，C放电。,二极管中 的电流,uc= uL,近似估算: UL=1.2U2,(b) 流过二极管瞬时电流很大,整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大,电容滤波电路的特点：,(a) UL与RLC的 关系：,RLC 愈大 C放电愈慢 UL(平均值)愈大,纯电阻负载时，I2=1.52IL,例：单相桥式整流电容滤波电路如图所示，已知输出电压U0=15V，RL=100 ，电源频率f=50HZ.试计算： 1、变压器次级电压的有效值U2； 2、滤波电容C的耐压值和电容量。 解：（1）桥式整流电容滤波电路

7、的输出电压为U0=1.2U2 则U2=12.5V （2）当负载空载时，电容器承受最大电压，所以电容器的耐压值为,可选取470 /25V的电解电容。,（1）滤波原理:,对直流分量( f=0):XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量: f 越高,XL越大,电压大部分降在XL上。因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。,U0=0.9U2,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：,有电感滤波的整流电路,（2）电感滤波的特点:,整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。,为进一步改善滤波特性，可

8、将上述滤波电路组合起来使用。,1.LC滤波电路,2.RC型滤波电路,其他滤波电路,5.2 稳压电路,稳压电路的作用:,稳压管稳压电路,1. 稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。,由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。,稳压原理：,(1) 当输入电压变化时,由图知：,(2)当负载电流变化时,稳压过程：,2、限流电阻的计算,（1）当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值。即,（2）当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即,所以：,

9、5.3晶体管串联型稳压电路,稳压管稳压电路的缺点： （1）带负载能力差 （2）输出电压不可调,改进： （1）提高带负载能力在输出端加一射极输出器,UO=UZ-0.7V,改进： （2）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数,UO=AUFUZ-0.7V,为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。,Uo,+ UI ,RL,T1,+UCE ,并联型稳压电路 调整管与负载并联,串联型稳压电路 调整管与负载串联,串联型稳压电路的工作原理,UZ,UF,一、结构和稳压原理,稳压的实质： UCE 的自动调节使输出电压恒定,二、输出电压的调节范围,+ Uo ,+ U

10、I ,R2,RL,R1,R1,UF,UZ,R2,RP,串联式稳压电路的优点：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。 缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有2040；输出电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。,晶体管开关型稳压电路,为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态开关型稳压电路,开关稳压电路的特点和分类,开关型稳压电源就是采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零，在开关管截止时，其集电极电流为零，所以其功耗小，效率可高达70%95%。而功耗小，散热器也随之减小，同时开关型稳

11、压电源直接对电网电压进行整流滤波调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器；此外，开关工作频率在几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻，体积小等特点。另外，由于功耗小，机内温升低，从而提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为220V+10%，而开关型稳压电源在电网电压从110V-260V范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。,开关型稳压电源的分类方式很多。 按调整管与负载的连接方式可分为串联型和并联型。 按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（PWM）、脉冲频率调制型（PFM）和混合调制（即脉宽-频率调制）型

12、。 按调整管是否参与振荡可分为自激式和他激式。 按使用开关管的类型可分为晶体管、VMOS管和晶闸管型。,串联开关型稳压电路调整管与负载串联，输出电压总是小于输入电压，故称为降压型稳压电路。 1.换能电路的基本原理 输入电压UI是未经稳压的直流电压；晶体管T为调整管，即开关管；电感uB为矩形波，控制开关管的工作状态；L和电容C组成滤波电路，D为续流二极管。,串联开关型稳压电路,当uB为高电平时，T饱和导通，D因承受反偏电压而截止，电感L存储能量，电容C充电；发射极电位uE=UI-UCESUI。,当uB为低电平时，T截止，此时虽然发射极电流为零，但是L释放能量，其感生电动势使D导通，与此同时C放电

13、，负载电流方向不变，uE=-UD0。,构成串联开关型稳压电源的结构框图如图所示。它包括调整管及其开关驱动电路（电压比较器）、取样电路（电阻R1和R2）、三角波发生电路、基准电压电路、比较放大电路、滤波电路（电感L、电容C和续流二极管D）等几个部分。,经分析推导可得输入电压与输入电压的关系为：,改变占空比q，即可改变输出电压的大小。,2. 串联开关型稳压电路的组成,如图所示基准电压电路输出稳定的电压，取样电压UN1与基准电压UREF之差，经A1放大后，作为由A2组成的电压比较器的阈值电压UP2，三角波发生电路的输出电压与之相比较，得到控制信号UB，控制调整管的工作状态。 在换能电路中，如果电感L

14、数值太小，在Ton期间储能不足，那么在Toff还未结束时，能量已经放尽，将导致输出电压为零，出现台阶，这是不允许的。,3. 工作原理,并联式开关电路中T1为调整管,控制电压Ub，T1开关周期为T，导通时间ton=DT，截止时间toff=(1-D)T, L为储能电感，D为限流二极管。 在导通期间，开关管T1导通，UI加到电感L两端，D反向截止。因L很大，L中的电流近乎线性增加，并储存磁能。导通期间iL的增量：,并联开关型稳压电路,即调整Ub脉冲占空比，可改变U0的大小,在电路平衡时，iL1=iL2 输出电压：,在截止期间，储能电感L感应出上负下正电动势，使D导通，L中磁能通过二极管D传到负载RL

15、 上，与此同时电容C充电。T1截止时，L的释放电流近似线性下降，电流减少量iL2 为：,CW7800 系列(正电源),CW7900 系列(负电源),5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V,78、79 系列的型号命名,输出电流,78L / 79L 输出电流 100 mA,78M / 9M 输出电流 500 mA,78 / 79 输出电流 1.5 A,输出电压,三端固定式集成稳压器,例如：,CW7805 输出 5 V，最大电流 1.5 A,CW78M05 输出 5 V，最大电流 0.5 A,CW78L05 输出 5 V，最大电流 0.1 A,封装,CW7805,1 2 3,UI,UO,GND,UI,UO,GND,符号,塑料封装,金属封装,+20V,+15V,注意：输入电压Ui一般应比输出电压端Uo高3V以上。,三端固定式集成稳压器的使用,C1、C2的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。